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10.6: Diferenciación celular e información genómica

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    Una pregunta importante que hicieron los biólogos del desarrollo temprano fue, ¿la diferenciación celular se debe a la pérdida de información genética? ¿El complemento genético de una neurona es diferente de una célula de la piel o de una célula muscular? Esta pregunta fue abordada por primera vez por Briggs y King en la década de 1950 a través de experimentos de transferencia nuclear en ranas. Estos experimentos fueron extendidos por Gurdon y McKinnell a principios de la década de 1960 320. Fueron capaces de generar ranas adultas mediante transferencia nuclear utilizando células embrionarias. Sin embargo, el proceso fue ineficiente, solo un pequeño porcentaje de núcleos transferidos (tomados de células diferenciadas) apoyaron el desarrollo embrionario normal. Sin embargo, estos experimentos sugirieron que fue la regulación más que la pérdida de información genética lo que fue importante en la diferenciación embrionaria.

    En 1996 Wilmut et al utilizaron un método similar para clonar al primer mamífero, la oveja Dolly. Desde entonces se han clonado muchas especies diferentes de mamíferos, y existe un serio debate sobre la clonación de humanos. En 2004, los ratones clonados se derivaron de los núcleos de neuronas olfativas utilizando un método similar al utilizado por Gurdon. Estas neuronas provinieron de un ratón modificado genéticamente que expresaba GFP (ver arriba). Un gen híbrido contenía la secuencia codificante de GFP y una secuencia reguladora que condujo a su expresión en la mayoría de los tipos de células del ratón. Los núcleos neuronales se trasplantaron a un ovocito del cual se había extraído el núcleo original (un ovocito enucleado). Posteriormente se utilizaron blastulas derivadas de estas células para generar células madre embrionarias totipotentes. Fueron los núcleos de estas células los que fueron trasplantados a huevos enucleados. Los embriones resultantes fueron capaces de desarrollarse en ratones completamente crecidos y fluorescentes, demostrando que los núcleos neuronales retuvieron toda la información requerida para generar un animal adulto completo.

    El proceso de clonación a partir de células somáticas es ineficiente —se tienen que realizar muchos intentos, cada uno usando un óvulo, para generar un embrión que aparentemente es normal (la mayoría de los embriones producidos de esta manera fueron anormales). Al mismo tiempo, existen fuertes preocupaciones éticas sobre todo el proceso de clonación reproductiva. Por ejemplo, los tipos de células utilizadas, las células madre embrionarias, se derivan de la masa celular interna de embriones de ratón o humanos. Las células madre embrionarias pueden cultivarse in vitro y bajo ciertas condiciones pueden inducirse a diferenciarse en varios tipos de células. Dado que la generación de células madre embrionarias humanas totipotentes implica la destrucción de un embrión humano, plantea una serie de cuestiones éticas.

    La investigación actual intenta evitar estos problemas enfocándose en optimizar el proceso por el cual los núcleos somáticos pueden ser reprogramados para apoyar el desarrollo totipotente y pluripotente. En este escenario, las células somáticas de un paciente son tratadas con genes (o más recientemente productos génicos) de un pequeño número (típicamente) cuatro moléculas para inducir a las células somáticas diferenciadas a convertirse en células pluripotentes. Estas “células madre pluripotentes inducidas” (iPSC) se comportan de manera muy parecida a las células madre embrionarias. La esperanza es que las iPSC derivadas de un paciente puedan ser utilizadas para generar tejidos o incluso órganos que puedan trasplantarse de nuevo al paciente, y así revertir y reparar el daño asociado a la enfermedad.

    Preguntas para responder y reflexionar:

    • ¿Cómo podrían generarse asimetrías en el cigoto?
    • ¿Cómo podrían dos células que expresan el mismo conjunto de factores de transcripción, expresar diferentes genes?
    • En cuanto a factores de transcripción y empaque de cromatina, ¿por qué es difícil revertir la diferenciación?
    • ¿Por qué el organismo podría querer reducir el número de células madre que contiene?
    • Con base en su comprensión del control de la expresión génica, describa los pasos necesarios para reprogramar un núcleo para que pueda apoyar el desarrollo embrionario.
    • ¿Qué es lo necesario para que las células se diferencien entre sí, por ejemplo, cómo las células musculares y las células de la piel llegan a ser diferentes entre sí?
    • ¿Cuáles son las principales objeciones éticas a la clonación humana? ¿Y si el clon fuera diseñado para carecer de cerebro, y destinado a ser utilizado para “refacciones”?

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 10.6: Diferenciación celular e información genómica is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.